氧探頭測量碳勢原理

1、氧勢法控制碳勢原理氧勢法是利用ZrO2固體電解質(zhì)，鉑金絲氧電極組成的氧濃差電池（即氧探頭），在高溫下輸出電壓與爐氣氧分壓有必然的函數(shù)關系，間接控制爐氣的碳勢，氮勢的方法。1。氧勢法控制碳勢的原理：在可控滲碳氣氛中，微量氧有以下的平衡關系：COC1O2（1-1）21CO2C2O2（1-2）1H2OH22O2（1-3）平衡時，式（1-1）的平衡常數(shù)表達式：1Kpo2ga（1-3）(11)2PCOc因此：acPCO（1-4）K(11)g1po22式中K(11)（1-1）式的平衡常數(shù)，是溫度的函數(shù)P，PO爐氣中的CO,O2的分壓CO2ac碳在奧氏體鋼中的活度，其數(shù)值可近似用acCp/Csat來表示。C

2、sat奧氏體鋼中飽和碳濃度Cp爐氣碳勢T絕對溫度K式（1-3），（1-4）有以下關系：PCOCPK(11)CsatPO1/2（1-5）2lgK(11)58704.539（1-6）T由上式公式可知，在必然溫度下，碳勢Cp可用P/P1/2比值求得，這就COO21/2PCO變化不是經(jīng)過測試和控制PCO/PO2的比值來控制碳勢的理論基礎。當爐氣中大時，能夠為是一種常量時，碳勢就可以經(jīng)過測量爐氣中的氧分壓來控制碳勢，這就是氧勢法理論基礎。當式（1-2），（1-3）反應達到平衡時，則：1K(1pCOgpo22（1-7）2)PCO21pH2g2K(1po2（1-8）3)PH2O因此：PO1/2PCO2K(1

3、2)(1-9)2PCO1/2PH2OK(1(1-10)POPH23)2lgK(114740(1-11)2)T4.521lgK(112914(1-12)3)T2.871將（1-9），（1-10）兩邊取對數(shù)的下式：lgPO22lgPCO294809.042（1-13）PCO2TlgPO22lgPH2258285.742(1-14)PH2OT由式（1-13），（1-14）可見，當溫度一準時，PO2與PCO/PCO2或PH2/PH2O有必然的函數(shù)關系。因此，用氧勢法控制碳勢有可能比紅外線CO2法或露點法（PH2O）更為合理，更為正確。依照氧勢定義，氧勢與氧分壓得關系由下式表示：ORTlnPO（1-15

4、）22即：O22.303RTlgPO2（1-16）式中：R氣體常數(shù)，8.314J/(mol*K)O2氧勢當氧勢單位為KJ/mol時，其表達式為：O20.019159TlgPO2（KJ/mol）（1-17）由式（1-17）能夠看到，在必然溫度下，經(jīng)過測量氧勢，能夠獲取氧分壓（P）。O2將式（1-17）分別代入式（1-13），式（1-14）則有以下表達式：O2O20.173T564.50.0383TlgPCO（KJ/mol）（1-18）PCO20.110T494.60.0383TlgPH2（KJ/mol）（1-19）PH2O2。氧探頭測量氧勢基根源理氧探頭是一種高溫化學電池，或稱之為氧電池。主要結

5、構是由固體電解質(zhì)與兩只貴金屬氧電極組成的化學電池。固體電解質(zhì)使用氧化鋯為基本資料，加入少量的氧化釷，氧化鈣等牢固劑，成形后在高溫燒結而成。固體電解質(zhì)要求不漏氣，而擁有氧離子導電的性能，也就是只贊同氧離子經(jīng)過，禁止氧分子經(jīng)過。貴金屬氧電極的金屬要求化學牢固，近期導電作用，平時采用鉑金或鉑銠合金，用耐熱粘結劑進金屬機械的固定在電解質(zhì)上，保證有優(yōu)異的接觸。氧探頭的壽命主要取決于電極的壽命。由于固體電解質(zhì)很簡單碰到機械或熱的傷害，因此氧探頭的外面需用金屬或碳化硅外套加以保護。為使被測氣體與電極金屬接觸，在保護套上還要家通氣孔。氧探頭的內(nèi)電極充以參照氣，空氣是常用的參照氣。其優(yōu)點是，當氧探頭放在空氣中就

6、可以進行校準。別的，空氣中的氧分壓約為0.21比被測氣體的氧分壓高得多，能夠保證輸出的電勢值較高，簡單保證測量的正確度。當氧探頭插入高溫爐內(nèi)，兩個鉑金電極上由于氧的濃度不同樣而產(chǎn)生了電動勢，在氧分壓高的一側（空氣），氧原子將獲取電子形式形成氧離子，經(jīng)過電解質(zhì)進入另一電極。氧氣分子的一側（被測氣），氧離子放出電子變成分子態(tài)的氧。氧探頭結構表示圖：陰極（內(nèi)電極）：1O22eO22陽極（外電極）：O22eO2氧化學電池的電動勢，由Nernst方程得出，以下式：RTPO2（1-20）ElnnFPrefE2.303RTlgP（1-21）O24FPref式中：n1mol氧氣參加反應得電子數(shù)目（n=4）R氣體常數(shù)8.314J/(mol*K)T絕對溫度KF發(fā)拉第常數(shù)9.65104J/VPO2被測氣體的氧分壓Pref參照氣（空氣）的氧分壓（約為0.21）將以上參數(shù)值代入式（6-24），得下式：E4.96102TlgPO2(mv)（1-22）Pref由式（6-22）可知，在必然溫度下，經(jīng)過測量氧探頭的輸出電勢E，就可以知道爐氣中的氧分壓PO2，由式（1-22）可得下式：E4.96102Tl